Βελτιστοποίηση Απόδοσης και Έρευνα Μηχανικής Εφαρμογών Σκυροδέματος Βραχείας Κοπής από Οπλισμένο με Ινες Βασάλτη

Τα τελευταία χρόνια,Μηχανική οδοποιίας της Κίνας Κατασκευή έχει αναπτυχθεί ραγδαία, και η τεχνολογία κατασκευών από σκυρόδεμα έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο, συσσωρεύοντας πολυάριθμα προηγμένα και ώριμα τεχνικά επιτεύγματα. Ο σχεδιασμός κατασκευών από σκυρόδεμα έχει εφαρμοστεί ευρέως στον τομέα της κατασκευής υποδομών, καταδεικνύοντας τη σημασία του. Ωστόσο, μαζί με αυτά τα επιτεύγματα, το πρόβλημα του ρωγμές σκυροδέματος γίνεται ολοένα και πιο εμφανής. Η παρουσία ρωγμών επηρεάζει αρνητικά την απόδοση του σκυροδέματος, μειώνοντάς την σημαντικά αντοχή σε εφελκυσμό, η οποία είναι η κύρια αιτία της ψαθυρής αστοχίας που εμφανίζει το σκυρόδεμα. Ίνες βασάλτη βραχείας κοπής, ως νέο υλικό ινών, έχει γίνει ένα εξαιρετικό υλικό οπλισμού σκυροδέματος λόγω των μοναδικών μηχανικών του ιδιοτήτων, καλή σταθερότητα, και υψηλή σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας.Αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί στα χαρακτηριστικά των συντομεύσεων Βασαλτική ίνα και να διερευνήσουν την πρακτική εφαρμογή του στην ενίσχυση και οπλισμό σκυροδέματος.

2. Ιδιότητες των ινών βασάλτη βραχείας κοπής

2.1 Ορισμός

ίνα βασάλτη είναι μια ανόργανη ορυκτή ίνα που υποβάλλεται σε επεξεργασία κόβοντας συνεχείς ίνες βασάλτη σε μήκη συνήθως μικρότερα από $50\text{χιλ.}$. Μπορεί να διασκορπιστεί ομοιόμορφα μέσα στο σκυρόδεμα. Σύμφωνα με την εφαρμογή του, μπορεί να ταξινομηθεί κυρίως σε: αντιρωγμικές ίνες για σκυρόδεμα ($\text{Μπλουζάκι}$), σκλήρυνση και ενίσχυση ινών για σκυρόδεμα ($\text{ΒΖ}$), και ίνες κατά των ρωγμών για κονίαμα ($\text{BSF}$), μεταξύ άλλων.

2.2 Απόδοση του Βασαλτική ίνα βραχείας αποκοπής

Συντομότερος τρόπος ίνα βασάλτη διαθέτει εξαιρετικές ιδιότητες υψηλή αντοχή και υψηλό μέτρο ελαστικότητας. Η αντοχή εφελκυσμού της μπορεί να φτάσει $1050\text{-}1250\text{MPa}$, και το μέτρο ελαστικότητάς του δεν είναι μικρότερο από $34\text{Μ.Ο.}$. Του αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία είναι εξαιρετικό, επιτρέποντάς του να λειτουργεί συνεχώς σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών −269∘ντο να 650∘ντο. Εμφανίζει υψηλό αντοχή στη διάβρωση και χημική σταθερότητα σε διαβρωτικά μέσα όπως οξέα, αλκάλια, και άλατα. Ιδιαίτερα σε αλκαλικά μέσα όπως κορεσμένο αλκαλικό διάλυμα και τσιμέντο, ο ρυθμός συγκράτησης της αντοχής σε θραύση ενός μονονημιδίου είναι μεγαλύτερος από $75\%$, επιδεικνύοντας εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση από αλκάλια. Ίνες βασάλτη βραχείας κοπής έχει καλή συμβατότητα με ανόργανα συνδετικά υλικά, ρυθμό απορρόφησης υγρασίας χαμηλότερο από $1\%$, και η υγροσκοπικότητά του δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Αυτό αποδεικνύει την καλή σταθερότητα του υλικού του, μεγάλη διάρκεια ζωής, και περιβαλλοντική συμβατότητα κατά τη χρήση. Επί πλέον, Αυτή η ίνα έχει επίσης εξαιρετικά χαρακτηριστικά όπως η μόνωση, διήθηση υψηλής θερμοκρασίας, αντοχή στην ακτινοβολία, και ικανότητα μετάδοσης κυμάτων. Οι δείκτες απόδοσής του παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.

3. Ανάλυση Εφαρμογής Ινών Βασάλτη Βραχείας Κοπής σε Σκυρόδεμα

Σκυρόδεμα οπλισμένο με ίνες βασάλτη βραχείας κοπής περιλαμβάνει την ενσωμάτωση μιας ορισμένης ποσότητας συνεχούς ή ασυνεχούς βραχείας κοπής βασάλτη στο σκυρόδεμα με τον κατάλληλο τρόπο. Διατηρώντας παράλληλα το αρχικό πλεονέκτημα της αντοχής σε θλίψη του σκυροδέματος, αυτή η μέθοδος μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την σκληρότητα και αντοχή σε εφελκυσμό, με αυτόν τον τρόπο ενισχύεται και ενισχύεται αποτελεσματικά το σκυρόδεμα και παρατείνεται η διάρκεια ζωής της μηχανικής κατασκευής.

Εκτός από ίνα βασάλτη, ίνες άνθρακα, ίνες γυαλιού, ίνα αραμιδίου, και άλλα έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί ως ενισχυτικά υλικά σε σκυρόδεμα. Ωστόσο, Η μακροχρόνια πρακτική δείχνει ότι αυτά τα υλικά παρουσιάζουν ορισμένα προβλήματα όταν εφαρμόζονται σε σκυρόδεμα, καθιστώντας δύσκολη την κάλυψη της ζήτησης της αγοράς για σκυρόδεμα υψηλής απόδοσης. Η εμφάνιση ινών βασάλτη βραχείας κοπής καλύπτει αυτό το κενό στα υλικά και τις μεθόδους, προωθώντας σημαντικά την ανάπτυξη της τεχνολογίας ενίσχυσης και ενίσχυσης σκυροδέματος. Ο ρόλος του στην ενίσχυση και ενίσχυση του σκυροδέματος αντικατοπτρίζεται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές:

1. Αποτελεσματική αναστολή ρωγμών: Λόγω των πλεονεκτημάτων της ποσότητας και της επιφάνειας, οι βραχυκυκλωμένες ίνες βασάλτη μπορούν να συγκρατήσουν αποτελεσματικά τις μικρορωγμές, εμποδίζοντας τη σύνδεση και την επέκτασή τους. Εν τω μεταξύ, ξεπερνά τα μειονεκτήματα άλλων συνθετικών ινών, όπως χαμηλή πυκνότητα, χαμηλή αντοχή σε εφελκυσμό, και χαμηλό μέτρο ελαστικότητας. Δεν αποσυναρμολογείται εύκολα κατά την εξάπλωση της ρωγμής, η οποία μπορεί να αναστείλει σημαντικά την ανάπτυξη μικρορωγμών και να καθυστερήσει τη δημιουργία νέων ρωγμών, επηρεάζοντας θετικά τη βελτίωση της διαπερατότητας και της αντοχής του σκυροδέματος σε ψύξη-απόψυξη.

2. Συνδυάζει τον υψηλό συντελεστή ελαστικότητας με την ευκολία κατασκευής: Η βραχυκομμένη ίνα βασάλτη όχι μόνο αξιοποιεί πλεονεκτήματα παρόμοια με το υψηλό μέτρο ελαστικότητας και την υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό μονού νήματος των χαλύβδινων ινών για να αναστέλλει την επέκταση της ρωγμής, αλλά και ξεπερνά αποτελεσματικά τα μειονεκτήματα των χαλύβδινων ινών, όπως εύκολη συσσωμάτωση κατά την ανάμειξη και δυσκολία στην άντληση και την κατασκευή.

3. Καλή διασπορά και συμβατότητα: Ως ανόργανη ίνα με βάση το πυριτικό άλας, Η βραχυκομμένη ίνα βασάλτη έχει φυσική συμβατότητα με τσιμεντοειδή υλικά. Η πυκνότητά του (περίπου 2,63-2,80γρ./εκ.3) είναι κοντά σε αυτό του τσιμεντοκονιάματος και του κονιάματος, με αποτέλεσμα καλή εργασιμότητα. Μόλις προστεθεί, μπορεί να διασκορπιστεί ομοιόμορφα σε όλη τη δομή του σκυροδέματος.

4. Εξαιρετική ανθεκτικότητα: Οι επιφανειακά τροποποιημένες ίνες βασάλτη βραχείας κοπής εμφανίζουν χαρακτηριστικά "αδρανούς ίνας", επιδεικνύοντας εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, διάβρωση, και αντίκτυπο. Διατηρεί τη σταθερότητα ακόμη και σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής διαβρωτικότητας, και μπορεί να ενισχύσει την αντοχή στην παραμόρφωση της τσιμεντοειδούς μήτρας. Επομένως, μπορεί να προσαρμοστεί στα αυστηρά περιβάλλοντα της ανάμειξης σκυροδέματος, χύνοντας, σύνθεση, και στάδια εξυπηρέτησης, βελτιώνοντας σημαντικά την αντοχή του σκυροδέματος.

Συνοψίζοντας, η κοντή ίνα βασάλτη μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την αντοχή του σκυροδέματος σε κρούση, μειώνουν την ευθραυστότητά του, και βελτιώνουν πλήρως τις μηχανικές του ιδιότητες. Ειδικά, Λειτουργεί σε κατασκευές από σκυρόδεμα για την αναστολή των ρωγμών, αποτρέψτε τη διαρροή, ενισχύουν την ανθεκτικότητα, βελτίωση της αντοχής σε κρούση και εφελκυσμό, και βοηθούν στη βελτίωση της ποιότητας της επιφάνειας.

4. Μέθοδοι Κατασκευής και Προφυλάξεις για Σκυρόδεμα από Βασαλτικές Ινες Βραχείας Κοπής

4.1 Θερμοκρασία κατασκευής

Το σκυρόδεμα από ίνες βασάλτη βραχείας κοπής θα πρέπει να κατασκευάζεται σε θερμοκρασίες μεταξύ −5∘ντο και 25∘ντο. Οι πολύ υψηλές ή πολύ χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί να οδηγήσουν σε ανομοιομορφία του μείγματος.

4.2 Έλεγχος Ποιότητας Κατασκευής

Ο ποιοτικός έλεγχος για κατασκευές από σκυρόδεμα βασάλτη με βραχεία κοπή θα πρέπει να επικεντρώνεται στην επιθεώρηση των πρώτων υλών, ακρίβεια μέτρησης, και την ποιότητα της διαδικασίας ανάμειξης.

4.2.1 Σχεδιασμός Αναλογίας Μείξης

Στην πραγματική κατασκευή, Θα πρέπει να επιλέγονται διαφορετικές δόσεις βραχείας αποκοπής βασαλτικών ινών εντός ενός εύλογου εύρους με βάση τις απαιτήσεις του έργου. Δεδομένου ότι η ίδια η ίνα βασάλτη βραχείας κοπής δεν αντιδρά χημικά με άλλα συστατικά ή προσμίξεις σκυροδέματος, Η δοσολογία του συνήθως δεν μεταβάλλει τις αρχικές αρχές σχεδιασμού της αναλογίας του μείγματος σκυροδέματος. Κατά τη διάρκεια της κατασκευής, Η ποιότητα όλων των υλικών πρέπει να καθορίζεται αυστηρά σύμφωνα με την αναλογία του μείγματος κατασκευής και την ποσότητα της παρτίδας για ένα μόνο μείγμα. Ο Πίνακας 2 παρέχει ένα παράδειγμα της βέλτιστης αναλογίας μείγματος για σκυρόδεμα οπλισμένο με βασάλτες.

Οι δοκιμές έχουν δείξει ότι μια υψηλότερη δόση ινών δεν οδηγεί απαραίτητα σε καλύτερη αντοχή στις ρωγμές. Όταν η δοσολογία δεν υπερβαίνει 1.2kg/m3, Η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος παρουσιάζει μια τάση αρχικής αύξησης ακολουθούμενη από μείωση (εμφανίζοντας μια μέγιστη τιμή) καθώς αυξάνεται η δοσολογία των ινών.

4.2.2 Ακολουθία και μέθοδος σίτισης

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάμειξης, ίνα βασάλτη βραχείας κοπής θα πρέπει να προστίθεται ταυτόχρονα με αδρανή όπως άμμος και πέτρα. Συνιστάται να ψεκάζετε τις ίνες ομοιόμορφα στην άμμο και την πέτρα κατά την τοποθέτησή τους, και στη συνέχεια προσθέστε νερό για υγρή ανάμειξη.

Οι μέθοδοι προσθήκης ινών μπορούν να χωριστούν σε χειροκίνητη και αυτόματη τροφοδοσία:

• Χειροκίνητη τροφοδοσία: Οι ζυγισμένες ίνες βασάλτη προστίθενται χειροκίνητα αφού τοποθετηθεί το θερμό αδρανή στον αναμικτήρα. Αυτή η μέθοδος συνεπάγεται υψηλή ένταση εργασίας, σχετικά χαμηλότερη ομοιομορφία ανάμειξης, και απαιτεί κατάλληλη παράταση του χρόνου ανάμειξης για να διασφαλιστεί η ομοιόμορφη διασπορά των ινών.

• Αυτόματη τροφοδοσία: Ένα αυτόματο ίνα βασάλτη Η δοσομετρική μηχανή χρησιμοποιείται για αυτόματη δοσολογία και ταυτόχρονη προσθήκη με το θερμό αδρανή του αναμικτήρα. Η μηχανή δοσομέτρησης ινών είναι συνήθως εξοπλισμένη με αυτόματη δοσολογία, προ-διασπορά, και μηχανισμοί πνευματικής μεταφοράς, προσφέροντας τα πλεονεκτήματα της ευκολίας, γρήγορα, και ακριβής πρόσθεση. Η κατάλληλη μέθοδος θα πρέπει να επιλέγεται με βάση τις συνθήκες κατασκευής.

4.2.3 Προσαρμογή σε ύφεση

Η προσθήκη ινών αυξάνει ελαφρώς το ιξώδες του μείγματος σκυροδέματος, που επηρεάζει την ύφεση. Εάν η κάθοδος δεν πληροί τις απαιτήσεις κατασκευής, Για τη ρύθμιση θα πρέπει κατά προτίμηση να χρησιμοποιείται πλαστικοποιητής ή παράγοντας μείωσης του νερού. Το πρόβλημα δεν πρέπει να λυθεί με την αύξηση της περιεκτικότητας σε νερό.

4.2.4 Διαμόρφωση και Σκλήρυνση

Δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις για τη διαμόρφωση σκυροδέματος αναμεμειγμένου με βραχείες ίνες βασάλτη, αλλά πρέπει να εξασφαλίζεται επαρκής δόνηση και συμπύκνωση. Οι απαιτήσεις σκλήρυνσης είναι οι ίδιες με αυτές του συνηθισμένου σκυροδέματος.

Σύντομη Περίπτωση Εφαρμογής Σκυροδέματος από Βασαλτικές Ινες Βραχείας Κοπής

Ο αυτοκινητόδρομος Jing-Zhu (τμήμα Anyang προς Xinxiang) είναι ένας εθνικός κεντρικός αυτοκινητόδρομος και ζωτικό μέρος του δικτύου αυτοκινητοδρόμων της επαρχίας Henan. Λόγω της υψηλής επίχωσης του αναχώματος και της κακής ποιότητας του υποστρώματος σε αυτό το τμήμα, ανομοιόμορφη καθίζηση του υποστρώματος και άλλα ελαττώματα εμφανίστηκαν λίγο μετά το άνοιγμά του. Τα τελευταία χρόνια, με την αύξηση του κυκλοφοριακού φόρτου και την αύξηση των υπερφορτωμένων οχημάτων, το οδόστρωμα έχει επανειλημμένα παρουσιάσει διάφορα ελαττώματα, όπως διαμήκεις και εγκάρσιες ρωγμές, λακκούβες, επίλυση, ρωγμές στο πλέγμα, και ράγισμα αλιγάτορα. Αυτό όχι μόνο απειλεί σοβαρά την ασφάλεια οδήγησης, αλλά δημιουργεί και μεγάλη δυσκολία στην καθημερινή συντήρηση. Επί πλέον, ο αρχικός σχεδιασμός τεσσάρων λωρίδων δεν έχει καταφέρει εδώ και καιρό να καλύψει τις απαιτήσεις μεταφοράς, που καθιστούν αναγκαία την επέκταση και την ανασυγκρότηση.

Σκυρόδεμα από ίνες βασάλτη βραχείας κοπής εφαρμόστηκε στην πλήρωση του υποστρώματος αυτού του έργου. Η πρακτική έχει δείξει ότι η αντοχή του σε εφελκυσμό αυξήθηκε κατά περισσότερο από $30\%$, η αντοχή του στην κόπωση βελτιώθηκε κατά πάνω από $30\%$, και η αντοχή του σε αυλακώσεις αυξήθηκε κατά πάνω από $300\%$. Έχει δείξει σημαντική αποτελεσματικότητα στην πρόληψη διαμήκων ρωγμών, αναστολή της επέκτασης των ρωγμών, και παράταση της διάρκειας ζωής του οδοστρώματος.

Με τις μοναδικές μηχανικές του ιδιότητες, εξαιρετική σταθερότητα, και υψηλή σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας, Οι βραχυκυκλωμένες ίνες βασάλτη έχουν γίνει ένα αποτελεσματικό υλικό οπλισμού σκυροδέματος. Οι προοπτικές εφαρμογής του σκυροδέματος από βασαλτικές ίνες βραχείας κοπής είναι εξαιρετικά ευρείες. Τα σημαντικά πλεονεκτήματά του στη βελτίωση της μηχανικής απόδοσης και στην παράταση της διάρκειας ζωής αναμένεται να αποφέρουν καλά οικονομικά και κοινωνικά οφέλη, τοποθετώντας το ως ένα σημαντικό δομικό υλικό στον τομέα των πολιτικών μηχανικών στο μέλλον.